一種高亮度高效率激光白光源的實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三原色光源合成技術(shù)，尤其是涉及一種高亮度高效率激光白光源的實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]白光光源在日常生活中應(yīng)用非常普遍，大量應(yīng)用于投影儀、液晶顯示等領(lǐng)域。目前常用的是白光熒光燈管、白光LED燈方式，這類光源發(fā)出的光線射向四面八方，需要采用透鏡、反光鏡進(jìn)行匯聚成平行光束，同時(shí)需要散熱器和風(fēng)扇進(jìn)行降溫，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明提供一種高亮度高效率激光白光源的實(shí)現(xiàn)方法。本方法通過紅、綠、藍(lán)三原色激光在較小體積下實(shí)現(xiàn)了白光光源。
[0004]本發(fā)明是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種高亮度高效率激光白光源的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，使用三個(gè)截面為等邊三角形的三棱鏡構(gòu)成一個(gè)棱鏡組，三個(gè)三棱鏡分別為:第一三棱鏡、第二三棱鏡和第三三棱鏡；使用紅、綠、藍(lán)三個(gè)激光發(fā)生器作為光源，每個(gè)三棱鏡的一個(gè)平行面和三個(gè)激光發(fā)生器底座均安裝在同一平面上，三個(gè)激光發(fā)生器之間的激光頭中心距離相等，其中第一三棱鏡位于三個(gè)激光發(fā)生器的前方，第二三棱鏡的底邊相對于第一三棱鏡的底邊方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，兩底邊形成夾角Z C1，第三三棱鏡的底邊相對于第二三棱鏡的底邊方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，兩底邊形成夾角Z c2，同時(shí)第一三棱鏡的尺寸大于第二三棱鏡和第三三棱鏡尺寸，第二三棱鏡和第三三棱鏡尺寸相同；三個(gè)激光發(fā)生器產(chǎn)生的紅、綠、藍(lán)三路光線分別以不同角度射入棱鏡組，分別經(jīng)三個(gè)三棱鏡的三次偏轉(zhuǎn)，最終紅、綠、藍(lán)三路光線從同一光路射出，混合成白光源。
[0005]本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:
1、由于采用激光頭作為光源，激光有著良好的定向性。因此，在應(yīng)用中可以將激光頭輸出的光線全部送入棱鏡組中，相對傳統(tǒng)的點(diǎn)光源，減少了射向棱鏡組之外的光線，從而使得整個(gè)系統(tǒng)對光源發(fā)出的光線利用率更高。
[0006]2、其次，經(jīng)過棱鏡組后，三原色激光的出射光路完全重合，能量疊加在一起，同時(shí)由于激光的良好定向性，合成后的光束發(fā)散不明顯，傳輸一段距離后光斑擴(kuò)大不明顯，能量更集中，因此本系統(tǒng)可在相同距離上較其它系統(tǒng)獲得更高的亮度。
[0007]3、通過三級棱鏡組的引入，將單個(gè)棱鏡情況下激光器安裝距離縮短了一半，從而降低了整機(jī)在白光源合成部分的結(jié)構(gòu)尺寸。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明采用的三級棱鏡合成系統(tǒng)示意圖；
圖2為本發(fā)明采用三級棱鏡合成系統(tǒng)光路示意圖；
圖3為激光發(fā)生器的激光頭安裝距離與光線入射角度關(guān)系示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
參照圖1，本方法使用三個(gè)截面為等邊三角形的三棱鏡構(gòu)成一個(gè)棱鏡組，三個(gè)三棱鏡分別為:第一三棱鏡、第二三棱鏡和第三三棱鏡；使用紅、綠、藍(lán)三個(gè)激光發(fā)生器作為光源，其中紅光激光發(fā)生器為R、綠光激光發(fā)生器為G、藍(lán)光激光發(fā)生器為B，每個(gè)三棱鏡的一個(gè)平行面和三個(gè)激光發(fā)生器底座均安裝在同一平面上，三個(gè)激光發(fā)生器之間的激光頭中心距離相等，其中第一三棱鏡位于三個(gè)激光發(fā)生器的前方，第二三棱鏡的底邊2.1相對于第一三棱鏡的底邊1.1方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，兩底邊形成夾角Z C1，第三三棱鏡的底邊相對于第二三棱鏡的底邊3.1方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，兩底邊形成夾角Z C2，同時(shí)第一三棱鏡的尺寸大于第二三棱鏡和第三三棱鏡尺寸，第二三棱鏡和第三三棱鏡尺寸相同；三個(gè)激光發(fā)生器產(chǎn)生的紅、綠、藍(lán)三路光線分別以不同角度射入棱鏡組，分別經(jīng)三個(gè)三棱鏡的三次偏轉(zhuǎn)，最終紅、綠、藍(lán)三路光線從同一光路射出，混合成白光源。
[0010]本方法采用三個(gè)截面為等邊三角形的三棱鏡構(gòu)成一個(gè)棱鏡組，其中第二三棱鏡和第三三棱鏡為相同的三棱鏡，第一三棱鏡的截面邊長更大，棱鏡體積也更大。三個(gè)激光發(fā)生器產(chǎn)生的紅、綠、藍(lán)三路光線分別以不同角度射入棱鏡組，各自經(jīng)三個(gè)棱鏡的三次偏轉(zhuǎn)，最終從同一光路射出，達(dá)到三原色光合成為白光源的最終目的。
[0011]參照圖2，各棱鏡的一個(gè)平行面和三個(gè)激光發(fā)生器底座均安裝在同一平面上。三個(gè)激光發(fā)生器發(fā)出的激光分別射入三個(gè)棱鏡。為了使折射后的光線能全部進(jìn)入下一個(gè)棱鏡，并且能在下一個(gè)棱鏡中偏轉(zhuǎn)，根據(jù)折射角對各個(gè)棱鏡的安裝位置和角度進(jìn)行調(diào)整。夾角Z C1和夾角Z C 2根據(jù)棱鏡的折射率確定，不同折射率的棱鏡Z C有所不同，但是兩級棱鏡底邊的偏轉(zhuǎn)方向是確定的。
[0012]激光發(fā)生器入射第一三棱鏡的紅光和綠光形成入射夾角為Z A'，入射第一三棱鏡的綠光和藍(lán)光形成入射夾角為Z B'。光每經(jīng)過一個(gè)三棱鏡發(fā)生兩次折射，每次折射時(shí)的紅、綠兩種顏色的光偏轉(zhuǎn)相差角度為α (α根據(jù)棱鏡的折射率不同角度不同)；綠、藍(lán)兩種顏色的光偏轉(zhuǎn)相差角度為β (β根據(jù)棱鏡的折射率不同角度不同)。在經(jīng)過第一三棱鏡和第二三棱鏡兩個(gè)棱鏡偏轉(zhuǎn)后，入射進(jìn)第三三棱鏡的紅、綠光入射夾角為Z A ;綠、藍(lán)光入射夾角為ΖΒ，則激光發(fā)生器入射第一三棱鏡的紅光和綠光形成入射夾角為=ΖΑ+2α ,激光發(fā)生器入射第一三棱鏡的綠光和藍(lán)光形成入射夾角為Z Br = Z Β+2 β。因此，使用三個(gè)三棱鏡串聯(lián)使用，比使用單個(gè)三棱鏡增加了紅、綠、藍(lán)光合成白光所需的入射夾角角度。
[0013]參照圖3，激光發(fā)生器相鄰兩個(gè)激光頭的中心距為H，這個(gè)距離是由激光頭直徑確定的，當(dāng)激光頭直徑確定時(shí)，兩個(gè)激光頭的中心距H值不再改變。本發(fā)明的棱鏡組增大了棱鏡合成白光時(shí)所需的入射角度。相同口徑的激光頭的頭間距H恒定，安裝激光發(fā)生器激光頭位置距離第一三棱鏡的距離隨入射夾角變化，當(dāng)從入射夾角為Z A增大到入射夾角為Zk'或從入射夾角為Z B增大到入射夾角為Z B'，則安裝激光發(fā)生器激光頭位置距離第一三棱鏡的距離由距離SI縮短為距離S2，因此，由于使用棱鏡組增大了棱鏡合成白光時(shí)所需的入射角度，激光頭組可以安裝在距離棱鏡組更近的地方。這樣，使用三級棱鏡合成的系統(tǒng)比單棱鏡的系統(tǒng)減小了整機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸。
[0014]由于一般激光頭組的尺寸限制了各路入射光的間距，因此，為了使得三路光線均能進(jìn)入棱鏡系統(tǒng)，棱鏡組內(nèi)的第一三棱鏡選擇了尺寸較大的棱鏡，棱鏡尺寸以滿足三路激光全部能夠進(jìn)入棱鏡并經(jīng)折射后射出為準(zhǔn)。由于經(jīng)過第一三棱鏡折射后，三路激光的入射角Z 和入射角經(jīng)折射后的射出角度減小，三路激光在第二三棱鏡和第三三棱鏡的入射點(diǎn)間距也減小，因此為了降低系統(tǒng)尺寸和重量，后面的第二三棱鏡和第三三棱鏡均采用了尺寸較小的棱鏡，尺寸以滿足三路激光全部能夠進(jìn)入棱鏡并經(jīng)折射后射出為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高亮度高效率激光白光源的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，使用三個(gè)截面為等邊三角形的三棱鏡構(gòu)成一個(gè)棱鏡組，三個(gè)三棱鏡分別為：第一三棱鏡、第二三棱鏡和第三三棱鏡；使用紅、綠、藍(lán)三個(gè)激光發(fā)生器作為光源，每個(gè)三棱鏡的一個(gè)平行面和三個(gè)激光發(fā)生器底座均安裝在同一平面上，三個(gè)激光發(fā)生器之間的激光頭中心距離相等，其中第一三棱鏡位于三個(gè)激光發(fā)生器的前方，第二三棱鏡的底邊相對于第一三棱鏡的底邊方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，兩底邊形成夾角Z C1，第三三棱鏡的底邊相對于第二三棱鏡的底邊方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，兩底邊形成夾角Z c2，同時(shí)第一三棱鏡的尺寸大于第二三棱鏡和第三三棱鏡尺寸，第二三棱鏡和第三三棱鏡尺寸相同；三個(gè)激光發(fā)生器產(chǎn)生的紅、綠、藍(lán)三路光線分別以不同角度射入棱鏡組，分別經(jīng)三個(gè)三棱鏡的三次偏轉(zhuǎn)，最終紅、綠、藍(lán)三路光線從同一光路射出，混合成白光源。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高亮度高效率激光白光源的實(shí)現(xiàn)方法。使用三個(gè)截面為等邊三角形的三棱鏡構(gòu)成棱鏡組，使用紅、綠、藍(lán)三個(gè)激光發(fā)生器作為光源，每個(gè)棱鏡的一個(gè)平行面和三個(gè)激光發(fā)生器底座均安裝在同一平面上，激光發(fā)生器之間的激光頭中心距離相等，第一棱鏡位于激光發(fā)生器的前方，其它兩個(gè)棱鏡的底邊均逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度形成夾角，第一棱鏡的尺寸大于其它兩個(gè)棱鏡，其它兩個(gè)棱鏡尺寸相同；紅、綠、藍(lán)三路光線分別以不同角度射入棱鏡組，經(jīng)三個(gè)棱鏡的三次偏轉(zhuǎn)，最終從同一光路射出，混合成白光源。本方法通過采用三個(gè)棱鏡組成三級棱鏡組，通過棱鏡組的引入將單個(gè)棱鏡情況下激光器安裝距離縮短了一半，從而降低了整機(jī)在白光源合成部分的結(jié)構(gòu)尺寸。
【IPC分類】G02B27-48, G02B27-12
【公開號】CN104749785
【申請?zhí)枴緾N201510174431
【發(fā)明人】夏連杰, 龐輝, 李延波, 劉勝杰, 劉金棟, 高麗哲, 俞光日, 馬鳳乾
【申請人】天津七一二通信廣播有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月14日